降溫法在承臺(tái)大體積混凝土施工中的應(yīng)用

摘 要：本文以哈爾濱市龍葵路市政橋承臺(tái)為例，對(duì)其大體積混凝土施工進(jìn)行了熱工計(jì)算，并設(shè)計(jì)了降溫系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)施工中的監(jiān)測(cè)、檢查數(shù)據(jù)與理論值對(duì)比，結(jié)果表明設(shè)計(jì)是可行的，該方案可為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；裂縫；降溫措施

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-3362（2013）12-0179-02

引言

在GB50496-2009[1]中第2.1.1條，大體積混凝土的定義為混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸不小于1.0m的大體量混凝土，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導(dǎo)致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。

從定義可以知道，大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)厚、體形大等特點(diǎn)，由于水泥的水化熱作用，混凝土澆注后要經(jīng)歷升溫期、降溫期和溫度穩(wěn)定期3個(gè)階段。在升溫階段，水泥產(chǎn)生的水化熱大量的聚集在混凝土內(nèi)部不易散發(fā)，內(nèi)部和外部溫差使混凝土外部產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，若大于相應(yīng)齡期的容許拉應(yīng)力時(shí)就可能產(chǎn)生裂縫；在降溫階段，新澆混凝土受到內(nèi)部鋼筋、封底混凝土及樁頭約束而不能自由收縮，此時(shí)彈性模量相對(duì)較低，如果降溫梯度過(guò)大就容易產(chǎn)生較大的溫度拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)力大于相應(yīng)齡期的混凝土容許拉應(yīng)力時(shí)，也容易產(chǎn)生溫度裂縫。在施工中除了在混凝土原材料、配合比、制備及運(yùn)輸環(huán)節(jié)控制外，最關(guān)鍵的還要控制施工過(guò)程中的溫度應(yīng)力，防止有害裂縫產(chǎn)生，保證混凝土的耐久性能。本文結(jié)合實(shí)例對(duì)降溫法在承臺(tái)大體積混凝土中的施工應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1 工程概況

哈爾濱市龍葵路鐵路跨線橋工程，主橋一聯(lián)（65+110+65）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁梁體采用雙幅單箱雙室變高度直腹板箱形截面，主橋中墩采用分離式實(shí)體橋墩、整體式承臺(tái)及群樁基礎(chǔ)、主橋邊墩采用線條簡(jiǎn)捷的柱式橋墩、鋼筋混凝土蓋梁。其中主橋中墩6#、7#承臺(tái)：長(zhǎng)31.3m、寬10.6m、高4m、C35混凝土1327.12m3，為大體積混凝土施工。主橋承臺(tái)屬大體積混凝土施工，混凝土澆筑完畢后，水泥水化熱可使混凝土內(nèi)部的溫度不斷上升，導(dǎo)致內(nèi)外溫差很大。

2 溫度試算

2.1 溫控標(biāo)準(zhǔn)

GB50496-2009中第3.0.4條：混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于50℃；混凝土澆筑體的里表溫差不宜大于25℃。

2.2 溫升參數(shù)試算

根據(jù)混凝土配合比參數(shù)，采用GB50496-2009中附錄B相關(guān)公式。

2.2.1 混凝土水化熱絕熱溫度

按GB50496-2009中附錄B中公式B.1.4，計(jì)算混凝土齡期為t時(shí)的絕熱溫升

，得到混凝土澆筑后3d、7d及最大溫升值： T（3）=34.0℃；T（7）=50.3℃；T（∞）=57.3℃。

2.2.2 混凝土收縮變形值計(jì)算

按GB50496-2009中附錄B中公式B.2.1，計(jì)算混凝土齡期為t時(shí)的收縮相對(duì)變形值

，得到混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)3d、7d、14d收縮相對(duì)變形值：εy（3）=9.913×10-6；εy（7）=3.968×10-5；εy（14）=1.120×10-4。

2.2.3 混凝土收縮當(dāng)量溫度

按GB50496-2009中附錄B中公式B.2.2，計(jì)算混凝土齡期為t時(shí)的收縮當(dāng)量溫度

，得到混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)3d、7d、14d的收縮當(dāng)量溫度：Ty（3）=0.99；Ty（7）=3.968；Ty（14）=11.2。

2.2.4 混凝土彈性模量

按GB50496-2009中附錄B中公式B.3.1，計(jì)算混凝土齡期為t時(shí)的彈性模量

，得到混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)3d、7d、14d的彈性模量：E（3）=0.7453×10 4；E（7）=1.472×10 4；E（14）=2.256×10 4。

2.2.5 混凝土綜合溫差

按《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》[2]中的公式（9-133），計(jì)算混凝土澆筑后養(yǎng)護(hù)不同時(shí)期的綜合溫差：

式中 T0—混凝土的入模溫度；

Th—混凝土澆筑后達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的溫度，根據(jù)歷年氣象資料取當(dāng)年平均氣溫17℃。

△T（3）=20+2/3×34+0.99-17=26.66℃

△T（7）=20+2/3×50.3+3.968-17=40.5℃

△T（14）=20+2/3×57.3+11.2-17=52.4℃

2.2.6 混凝土溫度收縮應(yīng)力

按《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》[2]中的簡(jiǎn)化公式（9-132），計(jì)算混凝土澆筑后不同時(shí)期因外約束引起的溫度（包括收縮）應(yīng)力：

綜合2.1和2.2節(jié)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)分析，溫度差值引起的收縮應(yīng)力大于混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，承臺(tái)混凝土施工時(shí)必需采取措施。

3 降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算

為降低大體積混凝土產(chǎn)生裂縫，可以通過(guò)控制混凝土入模溫度、降低水泥水化熱、通水散熱、混凝土養(yǎng)護(hù)、拆模時(shí)間等措施控制混凝土內(nèi)外的溫度變化差值，確保溫差控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)。本文只針對(duì)混凝土內(nèi)預(yù)埋散熱管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和溫度計(jì)算進(jìn)行了研究。

3.1 散熱管布置

主墩6#、7#承臺(tái)散熱管規(guī)格采用Φ40×2.5mm，矩形布置形式。散熱管豎向布置3層，水平布置9排，每層間距1.2m，水平間距為1.2m。在承臺(tái)內(nèi)部預(yù)留5個(gè)測(cè)溫孔，深度為1.5m，直徑為25mm。每層散熱管設(shè)有進(jìn)出水口，采用水泵獨(dú)立注水，同時(shí)在進(jìn)出水口處預(yù)留接口及開閉閥門。布置參數(shù)見圖1和圖2。

圖1承臺(tái)散熱管平面及測(cè)溫孔布置

圖2 承臺(tái)散熱管立面布置

3.2 混凝土降溫計(jì)算

按《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》[2]中的公式：

式中 ——散熱管中水的流速；

——散熱管通水時(shí)間；

——水的密度，取1.0×103kg/m3；

——進(jìn)出水口處的溫差；

——水的比熱，取4.2×103J/kg℃；

——混凝土的體積；

——混凝土的密度；

——混凝土的比熱。

出水管和進(jìn)水管的溫差為3℃時(shí)，計(jì)算不同齡期的降溫差值：

T（3d）=1.6℃，T（7d）=3.8℃，T（14d）=7.6℃

得到預(yù)埋散熱管后各齡期承臺(tái)混凝土內(nèi)外溫差值為：

，

均滿足溫控標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 散熱管安裝要點(diǎn)

對(duì)散熱管端頭進(jìn)行套絲，兩鋼管之間采用套管連接，連接后纏好冷膠帶防止漏水；承臺(tái)散熱管采用Φ20mm鋼筋固定（橫橋向布置間距為3m）豎向與承臺(tái)上下鋼筋焊接，采用φ8mm鋼筋加工成U型卡夾套于散熱管，并與承臺(tái)豎向散熱管固定鋼筋焊接，防止混凝土澆筑、搗固變形；散熱管進(jìn)出水口各設(shè)置一道獨(dú)立入水閥門，控制進(jìn)水方向和流量；水管網(wǎng)連接完成后對(duì)水管網(wǎng)進(jìn)行通水試驗(yàn)，確保水管接口處不漏水。

5 結(jié)語(yǔ)

主橋7#墩承臺(tái)澆注后通水后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)測(cè)值均在計(jì)算范圍之內(nèi)，混凝土表面平整、光潔，沒有發(fā)現(xiàn)溫度裂縫，證明采取的溫控措施是有效的。結(jié)合整個(gè)施工過(guò)程，大體積混凝土施工過(guò)程中除了在降溫系統(tǒng)上做好設(shè)計(jì)外，還應(yīng)對(duì)混凝土的原材料、配合比、制備及運(yùn)輸、澆注、測(cè)溫環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，本文設(shè)計(jì)的降溫系統(tǒng)實(shí)施后可以得出以下結(jié)論：合理設(shè)置降溫系統(tǒng)是大體積混凝土控制溫度裂縫的一項(xiàng)重要措施；進(jìn)出水溫的差值平均小于3℃可以保證較好的降溫效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)冶金建設(shè)協(xié)會(huì).GB50496-2009 大體積混凝土施工規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2] 周水興，等.路橋施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2001.